CN108024168A - 生物信息感测有线耳机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物信息感测有线耳机，包括：至少一有线耳机、生物信息感测单元、微控制单元、控制器、第一金属件、第二金属件，以及电信号连接器；生物信息感测单元装设于有线耳机用以获取使用者的脉搏信号，第一金属件设于有线耳机且外露，第二金属件装设于控制器且外露，微控制单元电性连接有线耳机、控制器、第一金属件、第二金属件、生物信息感测单元和电信号连接器；通过第一金属件和第二金属件获取的心电图信号以及前述的脉搏信号，通过微控制单元及/或利用电信号连接器连接的信息设备进行处理及分析；提供一种可以播放音乐、感测使用者的生物信息包括：心率、血氧浓度、心电图，以及能与信息设备进行数据交换的生物信息感测有线耳机。

Description

生物信息感测有线耳机

技术领域

本发明涉及一种有线耳机，特别是一种可以播放音乐、感测使用者的生物信息包括：心率、体温、血氧浓度(SpO2)、血压、心率变异(HRV)、心电图，以及能与信息设备进行数据交换的生物信息感测有线耳机。

背景技术

由于电子技术、信息科技和生物信息(又称生理数据)感测技术的快速发展，可以感测使用者的生物信息的穿戴式装置已开发完成和商品化；目前常见可以感测使用者的生物信息的穿戴式装置例如：智能型手表和运动手环，这些智能型手表和运动手环皆装设有生物信息传感器，用以感测使用者的生物信息，例如：脉搏和体温等可以直接感测获得的生物信息，再通过智能型手表和运动手环或是与之联机的信息设备中的软件或程序，对前述感测获得的生物信息进一步处理和分析，就能获得使用者的生物信息包括：心率、体温、血氧浓度(SpO2)、血压、心率变异(HRV)。

上述的生物信息还可以通过运行于信息设备中的功能强大的应用程序，对使用者的生理状态进行追踪、记录和管理，进而实现健康管理的目标，某些已知的穿戴式装置或是装设有生物信号传感器的有线耳机，是通过无线传输的方式如蓝牙传输技术，将生物信号传感器感测获得的信号传输至专用的信号处理和分析装置进行生物信息的处理和分析，这种无线传输方式将会增加电路设计的复杂度，以及制造的成本，想对地会提高产品的售价，实际上将会影响产品的普及率及消费者的购买意愿。

目前穿戴式装置用于感测生物信息的技术属于非侵入式的感测技术，较容易受到外部因素的干扰而影响感测的准确度，已知的智能型手表和运动手环都是佩戴在使用者手腕的装置，基于使用者在活动状态下特别是运动时手腕会有频繁的移动或运动，前述的干扰情况更趋明显，更增加了这类穿载式装置感测生物信息的过程中产生误差的机率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种能够和信息设备建立电力和信号的电性连接，可以播放音乐、感测使用者的生物信息包括：心率、血氧浓度、心电图、血压、体温等，以及和信息设备进行数据交换的生物信息感测有线耳机。

为解决上述的技术问题，本发明生物信息感测有线耳机的一种实施例构造，包括：至少一有线耳机、生物信息感测单元、微控制单元、控制器，以及电信号连接器；其中生物信息感测单元装设于有线耳机用以获取使用者的PPG信号；微控制单元和有线耳机、生物信息感测单元以及电信号连接器电性连接，电信号连接器可与信息设备建立电力和信号的电性连接，用以从信息设备获得电力并且和信息设备进行数据交换，以及驱动有线耳机播放声音；微控制单元用以处理PPG信号，其中PPG信号可以通过微控制单元及/或利用电信号连接器连接的信息设备进行处理及分析，进而获得使用者的生物信息，控制器具有控制界面和微控制单元电性连接，用以控制信息设备的媒体播放动作以及控制生物信息感测单元的运作。

在本发明生物信息感测有线耳机的另一实施例，进一步包括：第一金属件和第二金属件，第一金属件装设于有线耳机且外露，该第二金属件装设于控制器且外露，微控制单元用以处理通过第一金属件和第二金属件获取的心电图信号，其中心电图信号可通过微控制单元及/或利用电信号连接器连接的信息设备进行处理及分析，进而获得使用者的生物信息。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中控制器通过第一电线电性连接电信号连接器，有线耳机通过第二电线电性连接微控制单元，第二电线具有足够长度，令第二金属件由使用者选择局部的皮肤接触，如手指尖等。

其中生物信息包括：心率，体温、血氧浓度(SpO2)、血压、心率变异(HRV)，以及运动状态(静态/动态)其中任一种或其组合。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中生物信息感测单元包含：光容积脉波描记传感器和生物感应模拟前端芯片，光容积脉波描记传感器装设于有线耳机接触人体的一侧，用以取得使用者的PPG信号，生物感应模拟前端芯片用以收集心电图信号和PPG信号，并将收集到的心电图信号和PPG信号转换为可由微控制单元处理或分析的数据。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中生物感应模拟前端芯片和微控制单元整合在一起，并且装设于有线耳机。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中生物感应模拟前端芯片和微控制单元整合在一起，并且装设于控制器。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中有线耳机可以是耳塞式有线耳机和耳罩式有线耳机其中的任一种。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中包含麦克风，麦克风和微控制单元电性连接。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其***号连接器包含：USB连接器和USB Type-C连接器，闪电连接器(Lightning连接器)其中的任一种。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中微控制单元内建有算法可以对心电图信号和PPG信号的数据进行分析，用以获得使用者的生物信息。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中控制器具有显示单元，显示单元包含发光组件和显示器其中的任一种或其组合，微控制单元可依据生物信息产生警告信号，并通过显示单元输出警告信号，具有提醒使用者的功能。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中微控制单元可依据生物信息产生警告信号，并将警告信号以声音或语音的形式通过有线耳机播放，具有提醒使用者的功能。

由本发明生物信息感测有线耳机的技术内容可以了解，本发明将生物信息感测单元以及用以感测心电图信号的组件整合于有线耳机，由于耳朵内的血液流动方向较一致，能提供明显且易感测的生物信息，另一方面，即便使用者处于活动状态或是运动时，耳朵也少有频繁和大幅度的移动或动作，可以减少感测生物信息时产生的干扰，有助于提高感测结果的准确度。另一方面，结合信息设备的强大数据分析及多媒体处理和播放功能，使得本发明生物信息感测有线耳机除了可以播放音乐，还能对使用者的生理状态进行追踪、记录和管理，进而提供健康管理的功能。

特别是目前的智能型移动电话和穿戴式装置具有(1)体积小，方便携带；(2)内建储存空间，可储存音乐与暂存量测生理信息等；(3)可通过GSM通讯***、WiFi等无线通讯信号与外部装置或设备建立通讯连接，让使用者在每日使用上述信息设备或电子装置的同时还能进行生物信息的感测和记录。

有关本发明的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1，是本发明生物信息感测有线耳机的一实施例构造图；

图2，是本发明生物信息感测有线耳机的一实施例的功能方块图；

图3，是本发明生物信息感测有线耳机的另一实施例的功能方块图；

图4，是本发明生物信息感测有线耳机的另一实施例的功能方块图；

图5，是本发明生物信息感测有线耳机的一实施例的使用示意图。

符号说明

D 信息设备 10 有线耳机

11 壳体 12 喇叭

13 麦克风 20 生物信息感测单元

21 光容积脉波描记传感器/PPG传感器

22 生物感应模拟前端芯片/AFE芯片

30 微控制单元 40 控制器

41 控制界面 42 显示单元

51 第一金属件 52 第二金属件

60 电信号连接器 61 第一电线

62 第二电线

具体实施方式

本发明提供一种能够和信息设备D建立电力和信号的电性连接，可以播放音乐、感测使用者的生物信息以及和信息设备D进行数据交换的生物信息感测有线耳机。其中信息设备D泛指具备处理信号、信息、数据和信号、信息、数据的输入输出功能和具备电源供应的电子设备，且容易随身携带，典型的信息设备D包含但不限于：智能型移动电话、平板计算机、穿戴装置(智能手表、智能手环)、支持VR(虚拟实境)、AR(扩增实境)、MR(虚拟及扩增混合实境)功能的电子设备，笔记型计算机和个人计算机其中的任一种。

请参阅图1和图2，绘示了本发明生物信息感测有线耳机的一种实施例构造图和功能方块图。本发明生物信息感测有线耳机的一种实施例构造，包括：至少一有线耳机10、生物信息感测单元20、微控制单元30、控制器40、以及电信号连接器60。

较佳地，请参阅图3，本发明生物信息感测有线耳机进一步包括：第一金属件51、第二金属件52，用以感测获得使用者的心电图信号。

在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中有线耳机10可以是耳塞式有线耳机和耳罩式有线耳机其中的任一种，在图1绘示的一种实施例，包括二个可以分别配戴在左耳和右耳使用的有线耳机10，构成一种双耳式有线耳机；在本发明的其它实施例，也可以是仅有单一个有线耳机10；基本上，任一个有线耳机10包含壳体11和装设于壳体11内的喇叭12，作为播放音乐或声音信号的输出装置。较佳地，本发明生物信息感测有线耳机包含麦克风13，麦克风13和微控制单元30电性连接，用以作为语音或声音的输入装置；信息设备D输出的声音和语音信号可以通过微控制单元30传送至有线耳机10的喇叭12进行播放，而由麦克风13拾取的声音或语音信号也可以通过微控制单元30传送至电性连接的信息设备D。

其中生物信息感测单元20包含：光容积脉波描记传感器21(PPG Sensor，简称PPG传感器21)和生物感应模拟前端芯片22(Analog front-end，简称AFE芯片22)；PPG传感器21装设于有线耳机10面向人体的一侧，用以取得使用者的PPG信号(又称光电容积脉搏波信号)，AFE芯片22用以收集心电图信号和PPG信号，并将收集到的心电图信号和PPG信号转换为可由微控制单元30处理或分析的数据。

微控制单元30的基本功能是和信息设备D进行数据交换和信号的传输，控制有线耳机10和麦克风13的运作，以及通过第一金属件51和第二金属件52获取心电图信号(ECG信号)。在本发明的其它实施方式，其中控制器40具有控制界面41和微控制单元30电性连接，使用者可以利用控制器40的控制界面41进行以下的功能操作，包括：(1)控制信息设备D的媒体播放动作(包含但不限于音乐的播放、停止、音量和选曲的控制)；(2)控制生物信息感测单元20的运作(包含但不限于启动和停止)。控制器40的控制界面41的一种实施方式，包含但不限于：按键、触控式按键其中任一种或其组合。控制器40的较佳实施例构造还包括：显示单元42，控制界面41及显示单元42和微控制单元30电性连接，显示单元42的一种实施例包含但不限于：发光组件(例如发光二极管)和显示器(例如七段显示器和小型的液晶显示器)，微控制单元30可以通过显示单元42显示简易的信息，包含但不限于：电源状态、警告光信号和心率其中的任一种或其组合。在本发明的其它实施方式，其中控制器40可以直接和信息设备D电性连接，或是通过微控制单元30和信息设备D电性连接，用以控制信息设备D的媒体播放动作以及控制生物信息感测单元20的运作。

其中微控制单元30是一种集成电路组件或是单芯片微控制单元(Single ChipMicrocontroller)，在一较佳的实施方式，AFE芯片22可以和微控制单元30整合在一起，例如通过单芯片整合方案(例如：单芯片***，System on Chip，简称SOC)。在本发明生物信息感测有线耳机的一实施例，其中AFE芯片22和微控制单元30整合在一起，并且装设于有线耳机10(见图2)。在另一实施例，其中AFE芯片22和微控制单元30整合在一起，并且装设于控制器40(见图4)，例如将AFE芯片22和微控制单元30整合在一起并且装设于控制器40的壳体之中。

请参阅图1，其中第一金属件51装设于有线耳机10且外露，第二金属件52装设于控制器40且外露，其中控制器40通过第一电线61电性连接电信号连接器60，有线耳机10通过第二电线62电性连接微控制单元30，第二电线62具有足够长度，令第二金属件52可以接触在使用者皮肤表面如指尖(见图5)；其中生物信息感测单元20、第一金属件51和第二金属件52都是通过电线以有线连接的方式和AFE芯片22及/或微控制单元30电性连接，采用有线连接的方式相对于无线传输的方式，可以避免信号受到干扰，确保其准确度。

其***号连接器60包含：USB连接器和USB Type-C连接器其中的任一种，通过电信号连接器60可与信息设备D建立电力和信号的电性连接，用以从信息设备D获得电力并且和信息设备D进行数据交换和信号的传输。

微控制单元30和生物信息感测单元20、第一金属件51和第二金属件52电性连接，用以处理前述的PPG信号和心电图信号；在本发明的一实例，微控制单元30内建有算法可以对前述的PPG信号和心电图信号进行分析，获得使用者的生物信息，其中生物信息包括但不限于：心率，体温、血氧浓度(SpO2)、血压、心率变异(HRV)，以及运动状态(静态/动态)其中任一种或其组合；较佳地，微控制单元30并且依据生物信息产生警告信号用以实时提醒使用者，其中警告信号包括：声音、语音和光信号其中的任一种或其组合，较佳地是产生声音或语音形态的警告信号，并将警告信号通过有线耳机10播放，用以提醒使用者。

本发明生物信息感测有线耳机的实施方式，包括：将PPG信号和心电图信号通过微控制单元30及/或信息设备D进行处理及分析，例如将PPG信号和心电图信号传送给信息设备D，通过运行于信息设备D中的应用程序(例如APP)或是算法(例如心率辨识算法)，即可获得前述使用者的生物信息，结合信息设备D的强大数据分析及多媒体处理和播放功能，使得本发明生物信息感测有线耳机除了可以播放音乐，还能对使用者的生理状态进行追踪、记录和管理，进而提供健康管理的功能。

以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。

Claims (12)

1.一种生物信息感测有线耳机，其特征在于，可以和信息设备建立电力和信号的电性连接，该生物信息感测有线耳机包括：至少一有线耳机、生物信息感测单元、微控制单元、控制器，以及电信号连接器；该有线耳机包含壳体和装设于该壳体内的喇叭，该生物信息感测单元装设于该有线耳机用以获取使用者的PPG信号；该微控制单元和该有线耳机、该生物信息感测单元，和该电信号连接器电性连接，该电信号连接器可与该信息设备建立电力和信号的电性连接，用以从该信息设备获得电力并且和该信息设备进行数据交换和信号的传输，以及驱动有线耳机播放声音；该微控制单元用以处理该PPG信号，其中该PPG信号可以通过该微控制单元及/或利用该电信号连接器连接的该信息设备进行处理及分析，进而获得使用者的生物信息，该控制器具有控制界面和该微控制单元电性连接，用以控制该信息设备的媒体播放动作以及控制该生物信息感测单元的运作，该控制器通过第一电线电性连接该电信号连接器，该有线耳机通过第二电线电性连接该微控制单元。

2.如权利要求1所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，包括：第一金属件和第二金属件，该第一金属件装设于该有线耳机且外露，该第二金属件装设于该控制器且外露，该微控制单元用以处理通过该第一金属件和该第二金属件获取的心电图信号，该心电图信号可通过该微控制单元及/或利用该电信号连接器连接的该信息设备进行处理及分析，进而获得使用者的生物信息，该控制器通过第一电线电性连接该电信号连接器，该有线耳机通过第二电线电性连接该微控制单元，该第二电线具有足够长度，令该第二金属件由使用者接触皮肤表面进行ECG量测。

3.如权利要求1或2所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该生物信息包括：心率，体温、血氧浓度(SpO2)、血压、心率变异(HRV)，以及运动状态(静态/动态)其中任一种或其组合。

4.如权利要求1所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该生物信息感测单元包含：光容积脉波描记传感器和生物感应模拟前端芯片；该光容积脉波描记传感器设于该有线耳机面向人体的一侧，用以取得使用者的该PPG信号，该生物感应模拟前端芯片用以收集该心电图信号和该PPG信号，并将收集到的该心电图信号和该PPG信号转换为可由该微控制单元处理或分析的数据。

5.如权利要求4所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该生物感应模拟前端芯片和该微控制单元整合在一起，并且装设于该有线耳机。

6.如权利要求4所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该生物感应模拟前端芯片和该微控制单元整合在一起，并且装设于该控制器。

7.如权利要求1所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该有线耳机可以是耳塞式有线耳机和耳罩式有线耳机其中的任一种。

8.如权利要求1所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，包含麦克风，该麦克风和该微控制单元电性连接。

9.如权利要求1所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该电信号连接器包含：USB连接器和USB Type-C连接器或(Lightning)闪电连接器其中的任一种。

10.如权利要求1所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该微控制单元内建有算法可以对该心电图信号和该PPG信号进行分析，并获得该生物信息。

11.如权利要求1或10所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该控制器具有显示单元，该显示单元包含发光组件和显示器其中的任一种或其组合，该微控制单元可依据生物信息产生警告信号，并通过该显示单元输出警告信号。

12.如权利要求10所述的生物信息感测有线耳机，其特征在于，该微控制单元可依据生物信息产生警告信号，并将警告信号以声音或语音的形式通过该有线耳机播放。